蛋白質(zhì)在生物礦化中的影響
我們對生物礦化的研究已經(jīng)從比較簡單的現(xiàn)象向比較復(fù)雜的現(xiàn)象方面轉(zhuǎn)變了，其中我們發(fā)現(xiàn)生物的蛋白質(zhì)含量在生物礦化中表現(xiàn)出比較重要的作用，也是大家關(guān)注的熱點(diǎn)。研究其蛋白質(zhì)的額含量對我們了解生物的礦化起到了一定的作用，使得了解變得更加的深入。對其中的蛋白質(zhì)含量我們經(jīng)常是用全自動(dòng)定氮儀來測定的，這樣就避免了很多人力的浪費(fèi)，而且測量的準(zhǔn)確度也是比較高的，減少了人為測定的誤差。但是,關(guān)于蛋白質(zhì)作用的研究仍然處在模擬階段,許多結(jié)論還缺乏實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和理論支持,一方面是由于生物礦化現(xiàn)象的復(fù)雜性,另一方面還在于蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜多樣性.因此,研究蛋白質(zhì)作用的一般規(guī)律,就顯得尤為必要.
在生物礦化過程中,蛋白質(zhì)等有機(jī)大分子,通過自組裝和自組織等方式形成超分子結(jié)構(gòu),生物體系再以超分子結(jié)構(gòu)為模板對生物礦物的形成起重要的調(diào)控作用,其中蛋白質(zhì)超分子模板通過蛋白質(zhì)構(gòu)象的變化來適應(yīng)生物體的需要,如從蛋白質(zhì)的A-螺旋構(gòu)象到蛋白質(zhì)的B-折疊構(gòu)象,從蛋白質(zhì)的無規(guī)卷曲構(gòu)象到蛋白質(zhì)的A-螺旋構(gòu)象和B-折疊構(gòu)象等。在生物膜中蛋白質(zhì)以鑲嵌蛋白和外層膜蛋白等形式存在,而在生命體中進(jìn)行的礦化過程則多發(fā)生在膜的界面處,因而用蛋白質(zhì)作為生物膜的簡單模型和生物體的半流動(dòng)性模型就具有一定的相似性.
作為生物蛋白,膜蛋白質(zhì)參與了生物礦化的過程;另外一類蛋白質(zhì)就是處在血漿和體液中的可溶蛋白,該類蛋白質(zhì)可以通過自身結(jié)構(gòu)的變化從而在生物礦化過程中扮演著極為重要的角色,其作用形式也比較復(fù)雜.上面兩類參與生物礦化過程的蛋白合稱為模板蛋白或基質(zhì)蛋白,簡稱為蛋白質(zhì)模板,而在該模板作用下的礦化過程則通常稱為蛋白質(zhì)模板調(diào)制的礦化過程。
生物礦化是一個(gè)復(fù)雜的過程,蛋白質(zhì)作為該過程的重要參與者引起了人們的極大關(guān)注.目前研究蛋白質(zhì)和生物礦物之間相互作用的方法有以下兩種:一是以從生物礦物中提取的蛋白質(zhì)為基質(zhì)模板來研究蛋
白質(zhì)對無機(jī)礦物結(jié)晶的影響,我們稱之為模板法;二是以該類蛋白質(zhì)作為一種無機(jī)溶液添加劑,加入到某溶液中來研究蛋白質(zhì)參與下對無機(jī)物結(jié)晶的影響,我們稱之為混溶法.其中模板法有利于對生物礦化機(jī)制的研究,但是表征手段相對困難;而混溶法有利于仿生礦化合成的研究,表征手段也相對多樣,但不利于開展對生物礦化機(jī)制的模擬研究.
在生物礦化中,蛋白質(zhì)通過分子識(shí)別來影響生物礦物的成核和生長.通常認(rèn)為蛋白質(zhì)在調(diào)控晶體生長時(shí),通過一級結(jié)構(gòu)中的氨基酸以及氫鍵和晶體發(fā)生靜電相互作用,導(dǎo)致二級結(jié)構(gòu)的改變,然后通過重組來
滿足幾何匹配和空間立體化學(xué)互補(bǔ).而且蛋白質(zhì)在結(jié)合不同的晶體時(shí)會(huì)采取不同的二級結(jié)構(gòu),也說明了蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)在生物礦化過程中起著重要的作用.蛋白質(zhì)模板和晶體之間的作用機(jī)制,也可以用抗原與抗體之間的相互作用機(jī)制來解釋,即蛋白質(zhì)作為抗體,晶體作為抗原,蛋白質(zhì)對晶體的生長有識(shí)別作用,可以識(shí)別晶體生長面并為晶體的生長提供位點(diǎn).
蛋白質(zhì)的兩種作用
目前為止,有關(guān)蛋白質(zhì)作用的研究主要集中在以下兩點(diǎn):在生物礦物成核過程中的作用和在生物礦物生長過程中的作用.蛋白質(zhì)在生物礦物的成核和生長過程中扮演著不同的角色,一方面蛋白質(zhì)吸附在晶核
表面對晶體的成核起抑制作用,進(jìn)而影響晶體的臨界成核尺寸,同時(shí)由于吸附晶體不同方向的生長速度受到抑制,從而調(diào)控晶體的形貌,此時(shí)蛋白質(zhì)就具有晶體成核和生長抑制劑的作用;另一方面,當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)吸附在基質(zhì)或基底的表面時(shí),導(dǎo)致晶體成核能降低,使成核變得更加容易,此時(shí)蛋白質(zhì)就可以作為晶體成核的位點(diǎn).一般認(rèn)為,蛋白質(zhì)的作用與蛋白質(zhì)的濃度、蛋白質(zhì)的構(gòu)像、蛋白質(zhì)的純度、蛋白質(zhì)的來源、蛋白質(zhì)的組合系統(tǒng)、蛋白質(zhì)存在的環(huán)境和蛋白質(zhì)表面所帶的電荷有關(guān).中國糧油儀器網(wǎng) http://www.pfyin.com/
